一、裝置簡介

　　(一)裝置發展及其類型

　　1．裝置發展

　　聚丙烯腈(PAN)纖維是指由聚丙烯腈或丙烯腈含量在85％以上和其他第二、第三單體的共聚物紡制而成的纖維。我國聚丙烯腈纖維的商品名稱為“腈綸”，又常稱為腈綸纖維。早在20世紀30年代初期，美國Dupaut公司和德國Hoechet化學公司就已著手聚丙烯纖維的生產試驗，隨后又花了十余年時間，直至1950年，聚丙烯腈纖維才正式生產。最早的聚丙烯腈纖維由純PAN制成，因染色困難，且彈性較差，故僅作為工業用纖維。后來開發出丙烯腈與烯基化合物組成的二元或三元共聚物，改善了聚合體的可紡性和纖維的染色性，其后又研制成功丙烯氨氧化法制丙烯腈的新方法，才使聚丙烯纖維得以迅速發展。聚丙烯腈纖維具有羊毛的特征，即蓬松性和保暖性好，手感柔軟，防霉、防蛀，并有非常優越的耐光性和耐輻射性。因此，目前其產量在合成纖維中僅次于聚酯纖維(滌綸纖維)和聚酰胺纖維(如尼龍6纖維)。1990年世界主要國家和地區的聚丙烯腈纖維產量為2305x10⁴t，占合成纖維總產量的15．6％。我國1990年腈綸產量為11X10⁴t，占合成纖維總產量的8．12％。20世紀90年代，我國的腈綸產量已有成倍的增長。

　　2．裝置的主要類型

　　由于聚丙烯腈在加熱下既不軟化又不熔融，在280—300℃特點，故一般不能進行熔融紡絲，而是采用溶液紡絲法(有干法和濕法兩種)予以加工成形紡絲。其凝固溶液通邯為制備原液時所用溶劑的水溶劑，也有采用制備原液時所用有機溶劑的煤油溶劑為凝固浙液的。

　　工業上聚丙烯腈常用濕法成形，濕法成形中又有四種類型的溶液紡絲法，即(1)二甲基：甲酰胺(DMF)溶劑法；(2)二甲基亞砜(DMSO)溶劑法；(3)硫氰酸鈉溶劑路線；(4)硝酸溶劑路線。由于硫氰酸鈉溶劑路線的主要優點是工藝過程簡單，聚合速度較快，聚合時間較短，NaSCN不易揮發，NaSCN溶劑消耗定額較低，可降低工業成本，因此實際工業生產時，一般都以NaSCN為溶劑，采用丙烯腈在NaSCN溶劑中聚合，并直接用聚合液進行紡絲，再經過一系列的后加工(又稱后處理)成為聚丙烯腈纖維成品的一步法生產(即“一條龍”生產流水線)。本節就以一步法濕法成形為例，對聚合原液(聚合部分產品)開始到聚丙烯腈產品生產的安全技術加以闡述。

　　(二)單元組成與工藝流程

　　1．單元組成

　　主要有以下三個主要單元所組成：

　　(1)紡絲原液制備單元。經過丙烯腈聚合裝置一步法制得的紡絲原液，因含有未反應的單體、氣泡和少量的機械雜質，必須加以去除，故設置了紡絲原液制備單元。該單元由脫單體(高轉化率聚合工藝由于可在脫泡時把少數未聚合的單體脫除，故可不需單獨設立脫單體工序)、混合、脫泡、調溫和過濾等工序所組成。單體殘留量應小于0.3％。

　　(2)濕成形單元。該單元由紡絲、凝固等工序所組成。在此單元中得到的是經過噴絲頭、凝固浴成形后的含有多量溶劑的濕絲條(即“凍膠”)。

　　(3)后加工單元。又稱后處理單元，包括有拉伸、水洗、致密化、卷曲、熱定型、上油、干燥、切斷(或牽切加工)、打包等工序。腈綸纖維成品經打包后出廠，完成了后加工單元的生產工序。

　　2．工藝流程

　　(1)原液準備流程圖

　　該圖見圖6—6。

　　(2)紡絲工藝(含后加工)流程框圖。

　　流程框圖見圖6—7。

　　(3)流程敘述

　　①原液準備流程敘述

　　由聚合工段來的原液經管道混合器1而進入原液混合槽2，使原液充分混合后用齒輪泵送經真空脫泡塔3，脫除原液中混入的氣泡。脫泡后的漿液經由密封槽4送人多級混合器5，在此中加入消光劑和熒光增白劑(已預先配制好)。然后經過熱交換器6進行調溫，并進入高速混合器7中混合，再經過板框過濾機8過濾除雜，以穩定的壓力送經紡絲機，即下一步濕成形單元里再加工。

　　消光劑和熒光增白劑的配制工藝為：一定量的熒光增白劑在硫氰酸鈉溶液的存在下，在振蕩研磨機9中充分振蕩研磨之后，由泵送至熒光漿液計量槽10，與熒光增白劑——二氧化鈦和硫氰酸鈉溶液以一定比例量加入球磨機11內進行充分的球磨；球磨后的熒光增白劑和消光劑硫氰酸鈉溶液一起送人球磨機接受槽12，再由泵送人帶有攪拌器的消光漿儲槽13不斷攪拌并儲存，完成了整個消光劑和熒光增白劑的配制工藝流程。

　　②紡絲工藝(含后加工)流程敘述紡絲按工藝流程可依次分為紡絲工段和紡絲后處理工段，現分別予以敘述。紡絲工段：

　　從原液制備工段來，經過板框式原液過濾機輸送至紡絲機的聚丙烯腈(PAC)原液，其壓力為0。59MPa±0．03MPa，溫度在35-45℃之間，進入紡絲工段的第一道工序，即齒輪紡絲計量泵和燭形濾器后至噴絲頭。在噴絲頭接口之前裝有一只空氣瓶，用以減小由于齒輪泵齒輪運轉時所造成的原液流量的波動。

　　從噴絲頭噴出的原液細流，在濃度為8％-10％，溫度為7-125℃的凝固浴槽中凝固成初生纖維，纖維的運行方向與凝固浴的流動方向相同，浸浴長度為0.8m。

　　未完全凝固的絲束，由凝固浴槽卷取羅拉牽引出凝固浴，然后進人預熱浴槽，在NaSCN(硫氰酸鈉)濃度為4％二5％，溫度為60℃土5℃的預熱浴中進行預熱拉伸，并進一步凝固。

　　絲束在預熱浴槽內被拉伸1．49倍后再進入蒸汽拉伸盒進行濕熱拉伸，使總拉伸倍數達9．26-10．9倍，并經導絲架并人集束架，將各噴絲頭出來的小股絲束依次集合成四股大絲束。接著，由牽引機引入水洗機，在水洗槽中進行逆向水洗，洗去絲束上的NaSCN。

　　對生產白纖維(即原色纖維或原色絲)，則不經過染色槽、透風、淋洗等三道工序，其絲束經過三道水洗，然后經軋輥軋干水分，進入前上油機進行浸漬式上油處理，再經過一道軋輥，軋到含水率為150％左右后輸入圓網烘干機內作松弛于燥處理。這樣便完成了原色絲的紡絲工段生產工藝過程。

　　若生產有色纖維，則絲束經兩道水洗，然后經軋輥軋干水分、擴幅曲輥擴展，再在花籃滾筒帶動下進人染色槽，與染液接觸，進行浸漬染色，浸染2—6秒后，絲束到達花籃滾筒，向后卷繞至第一晾干輥筒，接著運行至第二晾干滾筒進行透風處理。再經擠壓輥擠壓后，進入淋洗槽作淋洗(噴淋)，用軋輥軋干后進人前上油槽，最后輸入園網烘干機進行松弛干燥處理。因此，有色纖維的紡絲生產較原色纖維生產工藝相對復雜一些。

　　紡絲后處理工段：

　　經過松弛干燥處理烘干之后的絲束(原色或有色絲)，通過活動調節架和壓輥進入第一卷曲預熱槽，在90—95℃的水浴中預熱，再通過軋輥和張力架固定絲束位置，并調節一定張力后，轉入第二卷曲預熱槽，溫度控制在85-90℃。然后使絲束通過調幅桿，進入卷曲輪后到卷曲機卷曲。卷曲后的絲束，通過輸送帶自由落人鋪絲箱內。若采用干卷曲工藝，則絲束不經過二道卷曲預熱浴槽，而直接進入卷曲機的汽蒸箱，經蒸汽加熱后再由卷曲機進行卷曲。

　　卷曲后的絲束沿滑槽滑下，通過擺絲機構，并依靠絲束自重按秩序分格鋪人絲束箱內；裝滿后，用電瓶車將絲束箱送人定型鍋內，在溫度為120℃，壓力為0．18MPa左右的工藝條件下進行汽蒸熱定型。經汽蒸定型后的絲束，若為濕卷曲纖維，須再經定型引絲裝置進入后上油機，采用浸漬式進行第二次上油；若為干卷曲纖維，可直接送人下道工序進行切斷、打包或加工成毛條。

　　濕卷曲纖維經第二次上油后，用壓輥將絲束上多余的油劑軋干，然后通過鋪絲擺斗將絲束均勻地鋪于簾板烘干機的簾板上，進入機內進行烘干作業。

　　出簾板烘干機后，如生產短纖維，其絲束通過調幅架、捕結器、牽引機、張力架等一系列操作，調節至一定的張力，進入切斷機，將絲束切斷成所需長度規格的短纖維；而短纖維則經過打包、電子秤自動稱量，送人打包機，經復核、質檢后出廠、完成了短纖維的生產后處理過程。如需將長絲束直接制條，則通過擺絲機引出，折疊裝箱，然后送人中轉庫，供制毛條生產時使用。至此，結束了后處理生產。紡絲后處理工段中，原色絲和有色絲的生產工藝相同。

　　(三)工藝技術特點

　　(1)由于細小固體顆粒狀的聚丙烯腈樹脂，在加熱下既不軟化又不熔融，且在280—300℃下會分解的獨特性能，與聚酯、聚酰胺纖維的熔融紡絲生產不同，而是采用了新的紡絲生產工藝——溶液紡絲法，紡絲后的濕絲束要經過凝固、冷卻和拉伸等工序。

　　(2)采用以NaSCN為溶劑的溶液紡絲法，形成連續聚合，直接紡絲和后處理的一步法濕紡工藝路線，雖然工藝流程長、加工工序多，但是具有工序銜接緊湊，連續化程度高，便于自動化控制的特點。

　　(3)聚丙烯腈纖維生產加工處理工序多，“一條龍”作業線長，廠房平面占地面積比聚酯、聚酰胺纖維生產大。

　　(4)紡絲原液的制備質量好壞和原液與溶劑混合后溶液的黏度對紡絲濕法成形有很大影響。如果未將經一步法制得的紡絲原液中含有未反應的單體、氣泡和少量機械雜質加以去除，就保證不了紡絲溶液的質量均一性；如果所選擇的溶劑對紡絲原液溶化度，不能使混合后的溶液黏度達到最低的要求，則紡絲成形就會比較困難。為此，腈綸纖維生產單獨設立了原液制備工段，以控制其質量；工業上若以NaSCN為溶劑，則當硫氰酸鈉水溶劑濃度達到50％左右時，紡絲原液混合后的濃度為10％-15％，這時聚丙烯腈中CN—與溶劑系統構成的溶劑化層最適宜，溶液的黏度也最低，最有利于濕式紡絲成形，于是形成了腈綸纖維生產的—個特點。

　　(四)溶劑及熒光增白劑

　　聚丙烯腈纖維生產裝置的主要危險化學物質為溶劑硫氰酸鈉及熒光增白劑二氧化鈦。其主要特性及儲運和應急處理方法列于下：

　　1．硫氰酸鈉(溶劑)

　　硫氰酸鈉，分子式為NaSCN，有固態和液態兩種，其性狀為無色透明固體或為顏色透明黏稠液體。聚丙烯腈纖維生產裝置使用液態硫氰酸鈉作溶劑，有毒，溶于水和乙醇，pH值6—8。當溫度低于10~C時有結晶體折出。

　　硫氰酸鈉的儲運要求是：(1)應儲存于陰涼、通風倉庫內。(2)保持容器密封，注意防潮和雨水的浸入。(3)應與易燃物、可燃物、還原劑、堿類、金屬粉末等分開。(4)搬運時要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。(5)嚴禁與酸類、氧化劑混儲混運，并注意防潮。

　　硫氰酸鈉的應急處理方法為：

　　(1)發生泄漏后，受污染區迅速禁止無關人員進入；切斷物料源(如容器泄漏時要停止進料)，把泄漏處轉向上；加強室內排風，同時清掃泄漏物，避免粉塵飛揚，然后再用大量水沖洗干凈，沖洗水應放人廢水系統。

　　(2)發生人員灼傷后，迅速將患者脫離事故現場至新鮮空氣處；呼吸困難時給輸氧，呼吸停止時立即進行人工呼吸；皮膚污染后，可用大量流動水徹底沖洗；眼睛污染，可用大量流動水或生理鹽水沖洗；口誤服者給予飲溫水，催吐，洗胃；就醫。

　　(3)發生火災后，滅火措施為用二氧化碳、干粉等施救。

　　2．二氧化鈦(熒光增白劑)

　　二氧化鈦，又名鈦白粉，分子式為Ti02，性狀為白色粉末，聚丙烯腈纖維生產裝置中作熒光增白劑使用。屬低毒類。不溶于水、稀堿、稀酸，溶于熱濃硫酸、鹽酸、硝酸。穩定、不燃，是火場周圍可用的滅火介質。

　　關于毒性與健康的危害：接觸限值為中國MACl0mg／m³、前蘇聯MAClomg／m³、美國TLV—TWAl0mg／m³；侵入途徑為吸人、食人；健康危害方面雖屬低毒類物質，但長期吸人氧化鈦粉塵的工人，肺部無任何變化，亦未產生接觸性皮炎、過敏反應。

　　二氧化鈦的儲運要求是：(1)儲存于陰涼、干燥、通風良好的庫房；(2)防止受潮和雨淋；(3)搬運時輕裝輕卸，防止包裝破損。

　　二氧化鈦的防護措施和應急處理方法：

　　(1)防護措施

　　①密閉操作，局部排風；

　　②作業時佩戴防塵口罩、安全防護眼鏡和穿防靜電工作服及戴防護手套；

　　③工作現場禁止吸煙；

　　④工作后淋浴更衣，注意個人清潔衛生。

　　(2)應急處理方法

　　①發生泄漏時，隔離泄漏污染區，周圍設警告標志，切斷火源；應急處理人員戴好防毒面具和手套，用潔凈的鏟子收集于干燥潔凈有蓋的容器中，運至廢物處理場所，或在專用廢棄場所深層掩埋；如大量泄漏，收集回收或無害處理后廢棄。

　　②發生人員污染后，若皮膚接觸的，應脫去受污染的衣著，用肥皂水及清水徹底沖洗；若眼睛接觸的，要立即翻開上下眼瞼，用流動清水沖洗，就醫；若有吸人現象，應迅速脫離現場至空氣新鮮處，必要時就醫；若為食人者，誤服人需立即漱口，飲足量溫水，催吐，就醫。

　　(五)原料及產品性質

　　1．原料

　　聚丙烯腈纖維裝置使用的原料為上游生產裝置即聚合裝置生產的聚丙烯腈聚合原液，即聚丙烯腈樹脂。化學結構式為：

　　聚丙烯腈聚合原液簡稱為聚丙烯腈原液，是丙烯腈單體進行三種聚合方法(即本體聚合、乳液聚合和溶液聚合)中的溶液聚合而制得的。實際生產大多采用溶液聚合。

　　用本體聚合制得的純聚丙烯腈為白色粉末狀物質，其密度為1．14-1．15g／cm³，加熱至220～230℃時軟化并同時發生分解。

　　聚丙烯腈的耐光性非常優良。這是因為聚丙烯腈大分子上含有氰基(一CN)；在氰基中碳和氮原子間以三價鍵連接(一個口鍵，兩個丌鍵)，此結構可吸收能量較多的(紫外光)光子，并能轉化熱能，從而保護了主鏈，使其不易發生降解。

　　聚丙烯腈化學穩定性較聚氯化烯低得多，在酸或堿的作用下，能發生一系列化學反應。聚丙烯腈可溶解于濃硫酸中；在很寬的溫度范圍內，對各種醇類、有機酸(甲酸除外)、碳氫化合物、油、酮、酯及其他有機物質的作用都較穩定。

　　聚丙烯腈在空氣或氧的存在下長時間受熱時，會使聚合物顏色變暗；先是轉為黃色，最后變成褐色，與此同時，聚合物就失去其溶解性能。如將聚丙烯加熱至250—300℃，就發生熱裂解，主要是分解出氰化氫及氨。

　　聚丙烯腈的性質及其加工性能在很大程度上取決于聚合物的相對分子質量和分布性，而這又與所選用的引發劑的性質有關系。當相對分子質量低于10000時，往往就不可能形成纖維；相對分子質量的多分散性越大，或低分子組分含量越多，則制成的纖維性能越差。

　　2．產品以濕法成形為例，聚丙烯腈纖維產品有以下幾個性質：

　　一般濕紡腈綸產品的密度為1．16—1．18g／cm³，而具有中等取向度，并經良好熱處理的濕紡腈綸密度為1．2—1．24g／cm³。

　　腈綸的吸濕性在合成纖維中屬于中等，在標準狀態下回潮率為1．0％—2．5％。均聚的聚丙烯腈纖維很難染色。為改善其染色性，常用一定數量帶有親染料基團的第三單體與丙烯腈共聚，以提高聚合物對染料的結合力，使纖維較易染色。

　　關于腈綸纖維的耐熱性，當腈綸在150℃左右進行熱處理時，纖維的機械性質變化不大，隨著第二、第三單體量的增加，纖維的耐熱性能有所下降。當采用硫氰酸鈉一步法生產工藝時，硫氰酸鈉的純度對纖維的耐熱性將有較大的影響。

　　聚丙烯腈及纖維產品的火災危險性屬乙類。

　　二、重點部位及設備

　　(一)重點部位

　　用硫氰酸鈉一步法濕式成形的聚丙烯腈纖維的重點部位主要有3個，即原液制備和硫氰酸溶劑回收及化纖倉庫。現分述于下：

　　1．原液制備

　　在用硫氰酸鈉一步法濕式成形的聚丙烯腈纖維生產中，聚合物原液的制備是一個很重要的工藝過程和重點部位。主要有以下表現：

　　(1)原液制備中要充分地脫除單體，防止單體繼續緩慢地聚合，并防止原液在紡絲機噴絲孔流出時單體氣化逸出，惡化工作環境和勞動條件，嚴重影響纖維的品質。

　　(2)原液制備時，為了使水相沉淀聚合后所得的細小固體顆粒聚丙烯腈樹脂溶化，必須將其溶解在諸如硫氰酸鈉等大量有機或無機溶劑中，并要有混合、脫泡、過濾等一系列工序。

　　(3)為了增加聚丙烯腈纖維產品的耐光性、耐熱性和色澤性，原液制備時還需加入消光劑、熒光增白劑等添加劑，存在有勞動保護和職業衛生問題。

　　據此，原液的制備既涉及到聚丙烯腈纖維生產的質量，又牽涉到勞動安全衛生的預防措施，故這是一個生產上的重點部位。

　　2．硫氰酸鈉溶劑回收

　　由于聚丙烯腈紡絲的需要，原液的黏度是靠諸如硫氰酸鈉等有機或無機溶劑的溶化聚丙烯腈固體顆粒后的溶解度來調節的，其溶劑量較大，從節約生產成本和環境保護角度考慮，設立了硫氰酸鈉溶劑回收系統。雖然它不是聚丙烯腈纖維生產的主要工藝流程，而僅僅是一個輔助生產系統，但由于硫氰酸鈉等溶劑有一定的毒性及腐蝕性，加上硫氰酸鈉回收的萃取單元屬于甲類火災危險性單元，因此硫氰酸鈉溶劑回收同樣應被列為重點部位。

　　通常的硫氰酸鈉溶劑回收系統包括有前處理、蒸發(如五效蒸發裝置)、后處理及凈化等工序。其簡易流程為從紡絲凝固浴循環槽來的稀硫氰酸鈉，經過活性炭進行前處理，去除低分子物和鐵離子等雜質后進入五效蒸發裝置濃縮至50％左右。再經葉片式過濾器清除硫酸：鈉等雜質，然后調節濃度和pH值，送人濃硫氰酸鈉儲槽，重新用于原液制備。

　　3．化纖倉庫

　　由于聚丙烯腈及纖維產品比聚酯和聚酰胺6及其纖維產品的火災危險性要高，屬乙類，化纖倉庫也是一個重點部位。因此，其倉庫儲存的安全防火性有嚴格，的要求，倉庫內的垛距、堆距、間距、通道、通風、采光等都要按照建筑設計防火規范予以布置和設計。

　　(二)重點設備

　　1．紡絲機

　　紡絲機是聚丙烯腈纖維成形的主要紡絲機械。聚丙烯腈原液經過計量和過濾后進入紡絲機中的噴絲頭紡絲成形，所紡出的絲束被稱為原液細流。在處理噴絲頭故障時要注意人員的

　　防毒和防腐。

　　2．凝固浴槽

　　凝固浴槽是重要的濕法紡絲成形設備。在凝固浴槽中，從紡絲機噴絲頭源源不斷噴出的原液細流(即絲束)后，在硫氰酸鈉水溶液濃度為8％-10％、溫度為7-125℃的工藝條件下，不斷通過移動冷卻，凝固成初生纖維，其纖維的運行方向與凝固浴液的流動方向相同。因凝固浴液為硫氰酸鈉水溶液，生產中有防毒抗腐的勞動安全衛生保護措施的要求。

　　3．卷曲機

　　卷曲機是接受凝固浴槽來的初生纖維經過預熱、蒸汽拉伸、水洗、上油、烘干幾道工序來的絲束，再經過第一、第二卷曲預熱浴(水浴)，進入卷曲輪后到卷曲機卷曲的，這里是腈綸纖維裝置的一個事故多發點。卷曲機上游預熱和蒸汽拉伸有防高溫燙傷的事故；卷曲機本身是旋轉機械，要防止人的手、頭發、袖口被旋轉件卷入的危險；在人工處理卷曲后的絲束進鋪絲機人鋪絲箱內時，操作人員要注意自身的防傷害事故；從鋪絲箱定期送至定型鍋中蒸汽定型時，又有一個防止高溫蒸汽燙傷的人身安全問題。

　　4．切斷機

　　切斷機是對經絲束在定型鍋蒸汽定型后，將其送人切斷機內進行切斷作業的工藝設備。在切斷機開機升頭，將絲頭送入切斷鉤輪時，如果操作不當，易產生人身傷害事故。因此，切斷機也是事故多發點之一的機械傳動設備。

　　5．打包機

　　打包機是將聚丙烯腈纖維產品打包成型的專門機器。傳動部分有液壓和氣壓兩種。液壓傳動速度慢，打包壓力大，產量低，操作上相對較安全；氣壓傳速快，打包壓力稍小，產量高、安全風險較大。如果安全限位鎖定裝置失靈，或在操作、檢修時違反安全操作、檢修規程，極易發生擠壓性的工傷事故。